オスホール(OST)は広範な薬理学的活性を持つ天然化合物です。本研究は、OSTがmiR-34a/Bcl-2軸 を介して 膝関節症(KOA)の影響を緩和することを示唆しており、これはラットの in vivo および in vitro 研究で示されており、特許医薬品および臨床応用に新たなアイデアと方向性を提供します。
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研究記事
* These authors contributed equally
オスホール(OST)は広範な薬理学的活性を持つ天然化合物です。本研究は、OSTがmiR-34a/Bcl-2軸 を介して 膝関節症(KOA)の影響を緩和することを示唆しており、これはラットの in vivo および in vitro 研究で示されており、特許医薬品および臨床応用に新たなアイデアと方向性を提供します。
膝の変形性関節症(KOA)は、肥大性または変性性関節炎とも呼ばれ、広く見られる関節疾患です。現在の臨床管理戦略には、薬物療法、物理的介入、外科的手技、補助的治療が含まれます。これらのアプローチはある程度KOA症状を緩和できますが、副作用や効果の限定、侵襲性などの制限を伴うことが多いです。オスホール(OST)は、天然のクマリン誘導体であり、特に関節痛の緩和や関節機能の改善に効果的である薬効で広く研究されています。本研究では、CCK8アッセイ、透過式電子顕微鏡(TEM)、H&E染色、血清生化学的分析を用いて、OSTが in vitro および in vivoの両方で軟骨細胞に対して保護効果を発揮し、有意な毒性は認められていないことを示しました。TEM、アクリジンオレンジ染色、フローサイトメトリー、ウェスタンブロッティングを用いた後続の研究により、OSTは軟骨細胞のオートファジーを促進し、アポトーシスを抑制することが明らかになりました。qRT-PCRおよびルシフェラーゼレポーターアッセイを用いたさらなる機構的研究では、OSTがmiR-34aをダウンレギュレーションし、その結果Bcl-2発現をアップレギュレーションし、miR-34a/Bcl-2経路 を通じて アポトーシスを抑制することが示されました。まとめると、これらの発見はOSTが細胞モデルおよび動物モデルの両方で軟骨細胞を保護し、LPS誘発ストレスを軽減し、KOAラットにおける炎症およびアポトーシスを減少させることを示しています。miR-34aのダウンレギュレーションとそれに伴うBcl-2発現の増加は、その抗アポトーシス効果に寄与しています。これらの結果は、OSTベースの特許取得薬の開発と、KOA療法における臨床応用の可能性に理論的基盤を提供します。
膝変形性関節症(KOA)は、肥厚性、肥厚性、または老齢性膝関節炎とも呼ばれる一般的な関節疾患です。関節軟骨の変性や関節周囲の構造の変化によって引き起こされます。疫学的研究によると、膝の変形性関節症は特に高齢者に多い一般的な病気です。発症率は年齢、体重、遺伝、関節の損傷などと密接に関連しています。生理機能にも影響が出ることがあり、関節の動きが制限され、筋力の低下、異常な歩行などが含まれます。現在、膝の変形性関節症の治療で一般的に用いられている方法は、薬物療法、理学療法、手術、補助療法2です。薬剤には鎮痛剤、非ステロイド性抗炎症薬、慢性関節炎の薬などが含まれ、痛みを和らげ炎症を抑えるためのものです。理学療法には、温湿布、冷湿布、マッサージ、関節運動機能の改善と痛み軽減のためのリハビリテーション運動が含まれます。外科的治療には、関節鏡手術、人工関節置換術、または関節の骨形態修復などがあり、関節の構造と機能を回復させます。さらに、鍼治療、理学療法、伝統中国医学などの補完療法も広く利用されています。
しかし、これらの治療は膝の変形性関節症の症状や症状の緩和に多少の効果をもたらすものの、依然として限界があります。薬物治療には副作用や依存の問題が生じることがあります。理学療法は継続的なリハビリテーションが必要であり、その結果は個人差によって異なります。手術治療はリスクが高く、回復には長く、慎重に検討する必要があります。また、補助療法は広く注目され応用されているものの、その有効性に対する科学的根拠はまだ限られており、補助療法の調節機構を深く研究する必要があります。補助療法では、膝の変形性関節症治療に伝統中国医学が広く用いられており、有用であることが証明されています。伝統中国医学には、まだあまり知られていないものの、長期的な実践と追跡研究によって証明されている要素も存在するはずです。現在、多くの中国医学が膝の変形性関節症治療において豊富な経験を積んでいます。例えば、シボティウム・バロメッツ3、リグスティクム・ワリキイ・フランシャット4、アンジェリカ・プベスセンス5などです。これらのハーブは鎮痛や抗炎症効果があり、効果的に痛みを和らげ、炎症を抑えます。
OSTはクマリン様化合物で、医学で広く使われている天然のハーブ抽出物6。多くの薬理学的活性があり、多数の研究によって支持されています。研究により、クニジウムは抗腫瘍、抗炎症、高血糖、抗血小板凝集、神経保護など多くの薬理学的活性を持ち、多くの他の疾患に対して治療効果の可能性があることが示されています7。OSTは、LSTがLC3介助性オートファジーおよびGSDME依存性ピロプトーシスを介して卵巣癌細胞のアポトーシスを抑制することで、がん細胞のアポトーシスを促進すると報告されています。OSTは内質網体ストレスと細胞オートファジーを介してHT-29細胞のアポトーシスを誘導します。OSTはAMPK/Aktシグナルを抑制し、細胞のオートファジー、ROS、フェロプトーシスを誘導することで大腸がんのアポトーシスを促進します。OSTはオートファジーやミトコンドリア介在シグナル伝達を調節することで大腸がんの増殖を抑制する可能性があります。同時に、OSTは特に関節痛の緩和や関節機能の改善に重要な役割を果たし、炎症反応の軽減や関節痛の緩和に寄与します。また、その有効成分は炎症性物質の放出を減らし、関節炎による関節軟骨の変性を抑制します。一般的な西洋の薬と比べて、OSTは安全で毒性が低く、長期使用でも薬剤耐性が生じません。オスホールはcAMP/CREBシグナル伝達を介して転写因子オステリックスを増強することで、in vitroおよびin vivoで骨芽細胞の骨形成を促進することが報告されています。OSTはAMPK/ULK1経路を通じて活性化されるオートファジーを促進することで、膝の変形性関節症の発症を抑制します。13;クニジウムラクトンはp38 MAPKおよびPI3K-Aktおよびc-Fos/NFATc1シグナル伝達経路14を通じて破骨細胞の分化を抑制します。クニジウムラクトンは、卵巣摘出ラットモデルにおいてエストロゲンα/BMP-2/SMADシグナル伝達経路15を通じて骨の喪失を防ぎます。OSTは間葉幹細胞のオートファジー増加を通じて骨粗鬆症を改善します16。しかし、観察と分析の結果、多くの研究は表現型にとどまるか、分子レベルでの薬物参加のシグナル伝達経路調節メカニズムを明らかにできていないことが示されており、これが伝統中国医学から抽出された化合物が広く受け入れられにくい理由の一つでもあります。したがって、オスホールの分子レベルでの生物学的調節機構を特許医薬品および臨床応用のためにさらに探求することは非常に重要です。
miRNAは標的遺伝子の発現を阻害することで生物学的機能を調節する小さなRNAです。多くの伝統的な中国医学は、miRNAを調節することで生物学的な効果を発揮することが知られています。同様に、OSTもmiRNA発現に影響を与えることが報告されています。まず、OSTはmiRNAを通じて抗腫瘍の生物学的役割を果たします。OSTは子宮内膜癌17においてmiR-424のアップレギュレーションによってCPEB2発現を減少させることで細胞増殖を抑制し、細胞アポトーシスを誘導することが報告されています。OSTはmiR-16のアップレギュレーションとMMP-9のダウンレギュレーションを通じてヒトグリオーマ細胞の増殖を抑制し、アポトーシスを加速させます。OSTは、PI3K/AKT/mTOR経路を阻害し、hsa_circ_0007534/miR-214-3p軸19を調節することで網膜芽細胞腫において抗腫瘍効果を示します。第二に、OSTはmiRNAの調節を通じて体臓器の生理的プロセスにも影響を及ぼすことができ、OSTはmiR-22–3p介在する脂質代謝再プログラミングを調節することで肺血管の再構築を緩和します。OSTはmiR-30aのダウンレギュレーションとオートファジーの促進により、ラットを心筋虚血/再灌流損傷から守ります。OSTは、p38MAPK/mTORシグナル伝達経路を通じてオートファジーを強化することで、トラスツズマブ誘発性の損傷からH9c2心筋細胞を保護します22。第三に、OSTはmiRNAを通じて神経保護機能を果たすことができ、OSTはアルツハイマー病細胞モデルにおいてmiR-9のアップレギュレーションを通じて神経幹細胞のニューロン分化を刺激し、APP/PS1トランスジェニックマウスにおける海馬ニューロンの機能障害を救済しました。OSTはアルツハイマー病におけるmiR-107のアップレギュレーションを通じてベータアミロイドレベルを低下させます。しかし、miRNAがOSTによって調節されて膝の変形性関節症を治療できるという報告はありません。文献では、miR-34aは軟骨細胞アポトーシスを促進し、DLL1を標的としPI3K/AKT経路を調節することで変形性関節症の発症を促進することが示されました。長く非コードRNAのMEG3は、miR-34a/Klotho軸26を調節することで変形性関節症の進行を調節します。miR-34aのダウンレギュレーションは、PI3K/Akt経路27を活性化することで、ラットの変形性関節症軟骨細胞の増殖を促進し、アポトーシスを抑制します。したがって、miR-34a調節を通じてOSTでKOAを治療することは可能でしょうか?したがって、OSTはmiRNAを調節することで膝の変形性関節症を治療できると仮説されています。
まとめると、OSTは広範な薬理活性を持つ天然化合物です。以前、研究グループはOSTがラットの膝の変形性関節症を改善することを確認しましたが、この生物学的効果の背後にある細胞シグナル伝達や分子メカニズムはまだ完全には解明されていません。本稿では、OSTのmiRNA、オートファジー、アポトーシスシグナル伝達経路をさらに研究することで、膝の変形性関節症治療におけるOSTのメカニズムを明らかにし、特許医薬品および臨床応用に関する新たなアイデアと方向性を提供することを目的としています。
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すべての研究は徐州医科大学の施設動物ケア・治療委員会の承認を受けています。試薬および使用機器は 材料表に記載されています。
1. 動物モデル
成虫の雄と雌のSprague-Dawley(SD)ラットは、体重250〜300gの徐州医科大学実験動物センターから購入されました。ラットは特別な病原体のない部屋で繁殖させられました。治療、ケア、エンドポイント選択を含む動物実験手順は「動物研究:生体内実験報告」ガイドラインに従っていました。動物実験はランダム化で実施されました。SDラットは4つのグループに分けられました(n=8個あたり各グループにあたり8匹)、正常群(手術なし、正常給餌)(正常群)、Sham群(偽手術:前十字靭帯切断[ACLT]なしの皮膚および筋肉切開、その後生理食塩水ガヴェージ)、KOA/NC群(ACLT手術+生理食塩水ガヴェージ)、KOA/OSTグループ(ACLT手術+OSTガヴェージ)。ラット膝のKOAモデルは、前述の前十字靭帯断断法(ACLT)を用いて構築されました。生理食塩水群はガベージ による 生理食塩水投与、OST群は4週間ガヴェジ 経由 OST投与されました。OST用量は体重50 mg(PEG 400に溶解し生理食塩水で希釈)で、投与頻度はラットのサブセクションで4週間にわたり1日1回です。その後、ラットは研究所承認のプロトコルに従い分析のために安楽死させられました。組織はすぐに液体窒素で凍結するか、4%のパラホルムアルデヒドで固定されました。
2. 細胞培養
ヒト軟骨細胞株(C28/I2)はアメリカ型培養コレクション(ATCC、マナサス、バージニア州)から取得されました。細胞はATCCガイドラインに従って培養され、6か月以内に使用されました。
培養条件:DMEM/F-12培地に胎児用牛血清10%とペニシリン・ストレプトマイシン1%を補足し、5%CO2 加湿培養槽で37°Cで培養。
処理方法:細胞は6ウェルプレートで10×10 6 セル/ウェルでシード;癒着24時間後、LPS(1 μg/mL)単独またはOST(100 μM)で24時間治療しました。
3. 細胞生存率のアッセイ
軟骨細胞はOSTまたはLPSと共に、異なる濃度で96ウェルプレート内で培養されました。CCK8アッセイはマイクロプレートリーダーを用いて吸収率(OD450 nm)を検出することで細胞の生存可能性を反映し、OD値が高いほど細胞の生存可能性が高いことを示します。
OST濃度勾配:0、25、50、100、200、400μM(24時間キュベート)。CCK8アッセイはすべての濃度で>90%の細胞生存率を示し、化合物の無毒性が確認されました。
LPS濃度勾配:0, 0.1, 0.5, 1, 2 μg/mL(24時間培養)。1 μg/mLのLPS群は細胞生存率が約50%(Ctrl群と比べて)であったため、この濃度が後の実験で選ばれました。
4. ヘマトキシリンおよびエオシン(H&E)染色およびサファニンO染色
組織はパラフィンを埋め込み、脱ワックス処理、再水和処理、製造元の指示に従いH&EおよびサフラニンO/Fast Green試薬で染色しました。 染色条件:AO作動濃度は1 μg/mL;細胞は37°Cで暗闇で5分間培養されました。
定量的方法:AVO陽性率は、ImageJソフトウェアを用いてサンプルあたり5つのランダムフィールド(×400倍)で数えることでAVO陽性率を算出しました。その後、BX43顕微鏡(倍率×400)で切片を撮影しました。
5. フローサイトメトリー
細胞は採取され、アポトーシス解析のためにAnnexin-V FITC/PI溶液に再懸濁されました。培養条件:細胞はAnnexin-V FITC/PI溶液(KeyGEN)で1×106 cells/mLで再懸濁され、暗室で15分間室温で培養されました。
ゲート戦略:前方散乱(FSC) とセルの破片を排除するために側散乱(SSC)ゲートが使用され、Annexin-V FITC⁺/PI⁻ 細胞は初期アポトーシスとされ、Annexin-V FITC⁺/PI⁺ 細胞は後期アポトーシスと定義されました。ゲートプロットは 補足ファイル1 (生のフローサイトメトリーデータ)に含まれています。細胞はフローサイトメーターで採取されました。データはFlow Joソフトウェアを用いて分析されました。
6. プラスミドおよびミミックのトランスフェクション
MiR-34a模倣株(34a-mimic)、非特異的対照模倣株(NC)は商業的な供給源から入手されました。細胞は製造元の指示に従い、LipofectamineTM 3000を用いてプラスミドでトランスフェクトされました。
7. アクリジンオレンジ染色
オートファジーは通常、細胞内でアクリジンオレンジ染色によって評価されました。細胞は特定の濃度でLPSまたはOSTで24時間処理された後、AO(1 μg/mL)を37°Cで暗闇で5分間培養しました。画像はレーザー共焦点顕微鏡で撮影されました。AVO陽性率は、ImageJソフトウェアを用いてサンプルごとに5つのランダムフィールド(×400倍率)でオレンジ色の点を含む細胞を数えることで算出されました。データは3つの独立した実験からの平均 ± SD として報告されています。
8. 透過式電子顕微鏡観察
サンプルは2.5%グルターアルデヒドと1%四酸化オスミウムに固定され、脱水・洗浄・含浸されました。重合後、ウルトラミクロトームを用いて70nm厚の断片に切断されました。細胞の超微細構造は透過電子顕微鏡で観察されました。
9. 免疫ブロッティング
Bcl-2に対するマウスモノクローナル抗体(#68103)、LC3に対するウサギ多クローナル抗体(#14600-1-AP)、IL-6(21865-1-AP)、およびβアクチンに対するマウスモノクローナル抗体(#66009-1-lg)はProteintechから購入されました。IRDye 800CWヤギ(多クローナル)抗ウサギIgG(H+L)またはIRDye 800CWヤギ(多クローナル)抗マウスIgG(H+L)に結合した二次抗体が商業的に入手されました。細胞は全細胞溶解アッセイで溶解され、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動による電気泳動によって分離されました。タンパク質は一次抗体と対応する二次抗体を用いて検出されました。タンパク質負荷は1レーンあたり30μgでした。一次抗体希釈:Bcl-2(1:1000)、LC3(1:1500)、β-チューブリン(1:5000);二次抗体(IRDye 800CW)は1:10,000、IL-6(1:800)が使用されました。その後、強化化学発光レーザーイメージングシステムによってタンパク質バンドが捕捉されました。タンパク質バンドはImageJソフトウェアによって定量化されました。
10. 定量的リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応(qRT-PCR)
トリゾール試薬を用いて細胞から総RNAを単離しました。全RNAから得られたcDNAはcDNAレジェントキットを用いて合成され、SYBR Green法で解析されました。miRNA由来のcDNAはmiRcuteとmiRNAの第一鎖cDNAキットを用いて合成され、miRcuteとmiRNAのqPCRキットで解析されました。すべての処置は製造元のプロトコルに従って行われました。標的転写体の発現は2-△△CT 法を用いて計算されました。GADPHとU6はそれぞれmRNAとmiRNAの負荷制御として用いられました。プライマー配列は 表1に記載されています。
11. ルシフェラセレポーターアッセイ
野生型psiCHECK2- Bcl-2-3′UTRレポータープラスミド(WT)およびpsiCHECK2- Bcl-2-3′UTRレポータープラスミドにmiR-34a結合部位に変異体を持つ(Mut)。リポフェクタミンTM 3000を用いて、レポーターとmiR-34a模倣株を軟骨細胞に共トランスフェクトしました。細胞はトランスフェクションから24時間後に採取し、溶解しました。その後、メーカーの指示に従い、Dual-LumiTM Luciferase Reporter Gene Assayキットでルシフェラーゼの強度を測定しました。
12. 歩行分析テスト
MGT-PRシステムは、各グループのラットの走る四肢の動きを観察するために用いられました。試験前は、ラットが滑走路環境に適応することを許されました。自由歩行時の歩行データを記録し、各ラットごとに3回連続した有効な歩行試験が記録されました。分析されたパラメータには、歩幅、スイング時間、左右後肢の協調性が含まれていました。
13. 統計解析
実験は三回ずつ行われ、少なくとも3回独立して繰り返し行われました。統計解析はGraphPad Prism 9ソフトウェアを使用して実施されました。データは平均標準差±示されました。統計的差異は、複数比較に対しては一方向ANOVA(Tukeyの事後検定)で評価され、2つの実験群比較では両側のStudent's t検定で評価されました。差異はp.<0.05で有意と認められました。
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OST保護された軟骨細胞のin vitroおよびin vivo
自然生成物として、OSTの安全性プロファイルは徹底的な調査が必要です。本研究ではまず、CCK8アッセイを用いてin vitroで軟骨細胞に対する細胞毒性を評価しました。結果は、OSTが400μM濃度でも軟骨細胞に対して毒性を示しないことを示しました(図1A)。OSTが軟骨細胞に与える抗炎症および抗アポトーシ効果を調べるため、LPSおよびOST治療後のCCK8アッセイを用いて細胞死を評価しました。データはLPSが軟骨細胞の死を増加させる一方で、OST治療は細胞死に対する一定の保護を提供することを示しました(図1B)。さらに、軟骨細胞の超微構造は透過電子顕微鏡を用いて調査されました。
結果は、小胞体、ミトコンドリア、その他の細胞小器官が腫れ破裂し、...
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特に、OSTはLPS誘発ストレスから軟骨細胞をin vitro から保護し、生 体内でKOAラットの炎症とアポトーシスを緩和しました。これらの保護効果は、miR-34aのダウンレギュレーションとそれに伴うBcl-2発現の増加と関連しており、これはmitR-34a/Bcl-2軸がOSTの作用を媒介する役割を提案していることと一致しています。
本研究では、OSTが軟骨細胞のオートファジーを促進し、 in vitro および in vivoの両方でアポトーシスを減少させることが判明しました。研究の分子メカニズムは 図8で詳細に分析されています。まず、OSTは毒性が低く、LPSによる細胞ストレス応答をVITROで緩和し、ACLT手術で構築されたKOAモデルにおいて炎症およびアポトーシスに対する保護効果を示しました(図1、
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著者には金銭的な利益相反はありません。
この研究は江蘇大学新薬臨床医学重点研究所(XZSYSKF2021037)の資金提供を受けました。本記事の実験は、徐州医科大学の公立実験研究センターおよび実験動物センターで一部実施されました。東福興、張可嘉、快快錦霞、張敏さんの熱心なご協力に感謝申し上げます。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1%四酸化オスミウム | 瑞心技術 | ||
| 2.5% グルターアルデヒド | 中晶傑技術 | ||
| アクリジンオレンジ | シグマ | アムレスコ 0360 | |
| Annexin-V fitc/PIソリューション | キージェン | KGA107 | |
| Bcl-2 | プロテインテック | #68103 | |
| 細胞計数キット-8 | VICMED | 39.VC5001L | |
| 化学発光 | オデッセイ | CLX | |
| 共焦点顕微鏡 | ライカ | ステラリス5 | |
| DMEM/F-12 | ハイクローン | 12.SH30023-01 | |
| デュアルルミTM ルシフェラーズ レポーター ジーンアッセイキット | ビヨタイム | RG088 | |
| FastKing cDNAリージェントキット | 天人 | KR116-03 | |
| フローサイトメーター | BD | FACS第2歌 | |
| ヒト軟骨細胞株 | アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション | YTLK280144 | |
| LC3 | プロテインテック | #14600-1-AP | |
| リポフェクタミンTM 3000 | インビトロジェン | L3000015 | |
| リポ多糖 | シグマ | 29.L2880 | |
| 溶解アッセイ | キージェン | KGP704-100 | |
| マイクロプレートリーダー | バイオテック | シナジー2 | |
| miRcuteとmiRNAの第一鎖cDNAキット | 天人 | KR211-02 | |
| miRcuteとmiRNA qPCRキット | 天人 | FP411-02 | |
| オストホール | メドケムエクスプレス | O815127-25g | |
| SDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動 | NCMバイオテック | P2012 | |
| 血清 | クラーク・バイオサイエンス | FB15015 | |
| SYBRグリーン | 天人 | FP217-01 | |
| 透過電子顕微鏡 | FEI | テクナイ G2 | |
| ウルトラミクトーム | レシア | UC7 | |
| 直立蛍光顕微鏡 | オリンポス | BX43 | |
| &β;-アクチン | プロテインテック | #66009-1-lg |
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